Graças à missão Juno da NASA para o sistema Júpiter, estamos obtendo nossas melhores visões da lua vulcânica do gigante gasoso Io. Mesmo que Juno forneça nossas melhores visões da lua, ela também aprofunda nossas perguntas existentes. Somente uma missão dedicada a Io pode responder a essas perguntas, e há duas missões propostas.
Io é bem conhecido como o mundo mais geologicamente ativo do Sistema Solar, e nem chega perto. Tem mais de 400 vulcões ativos. Io é a lua mais próxima de Júpiter, e a poderosa gravidade do planeta é amplamente responsável pelos vulcões de Io. À medida que o planeta puxa Io, o atrito cria aquecimento das marés no interior da lua. Isso cria magma e impulsiona suas erupções vulcânicas. Compostos de enxofre nas erupções pintam a superfície da lua em tons de vermelho, amarelo, branco, preto e verde.
Nunca houve uma missão dedicada a Io, apenas missões que capturaram imagens enquanto passavam, incluindo Galileo, Voyager 1, Cassini, New Horizons e Juno, a missão atual da NASA para Júpiter. Mas Io é intrigante e única, e pode nos ensinar muito.
Cientistas planetários querem saber mais sobre os processos geológicos da lua. Io é considerado um mundo de alto fluxo de calor, e cientistas querem aprender mais sobre sua dissipação de maré. Estudar Io também pode nos dizer mais sobre corpos planetários primitivos que já foram vulcânicos, o que a Terra provavelmente foi no início de sua história.
Io também pode nos dizer mais sobre atmosferas vulcanológicas, que podem desempenhar um papel vital na formação do ambiente de um planeta. Este artigo de 2020 estabelece uma ligação entre a atividade vulcânica da Terra e a Grande Evento de Oxigenaçãoum período crítico quando o oxigênio se acumula na atmosfera da Terra. Uma melhor compreensão da ligação entre atividade vulcânica e evolução atmosférica nos ajudará a entender melhor os exoplanetas e a habitabilidade.
Os cientistas sabem que as luas galileanas trocam material com a atmosfera e magnetosfera de Júpiter. Eles também sabem que o material ejetado dos vulcões de Io pode atingir as superfícies das outras luas. Parte dele pode ser transformado em plasma pela poderosa magnetosfera de Júpiter, formando o toro de plasma de Io. Eles estão curiosos sobre essa troca de massa no sistema de Júpiter e como ela moldou as luas.
Estas são as razões para uma missão dedicada a Io.
Em 2010, cientistas da Universidade do Arizona e do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins primeira proposta o Io Volcano Observer (IVO) como parte do Discovery Program da NASA. O IVO foi proposto como uma missão de baixo custo para explorar a Lua vulcânica de Júpiter. Foi proposto novamente em 2015 e em 2019. Em 2020, o IVO foi selecionado com duas outras missões para estudo posterior, mas acabou perdendo para as missões DAVINCI+ e VERITAS para Vênus.
Agora, há outra proposta para o Observador do Vulcão Io, mas desta vez, está sob o comando da NASA. Programa Novas Fronteiras. A nova proposta mostra que o desejo por uma missão focada em Io não vai embora. Em vez disso, está ganhando força.
Em um novo artigo ainda sujeito à revisão por pares, um grupo de cientistas, em sua maioria americanos, apresenta seu caso para o New Frontiers IVO. É intitulado “Comparando os conceitos de missão Discovery e New Frontiers da NASA para o Observador do Vulcão Io (IVO).“O primeiro autor é Christopher Hamilton, do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona.
O IVO NF abordaria nossas questões científicas alcançando três objetivos, de acordo com os autores:
- Determinar como e onde o calor das marés é gerado dentro de Io;
- Entenda como o calor das marés é transportado para a superfície de Io;
- Entenda como Io está evoluindo.
A proposta original da IVO era que a nave espacial encontrasse Io dez vezes em quatro anos após atingir a lua em 2033. Ela teria levado cinco instrumentoscom um sexto em consideração. O IVO teria cruzado Io de polo a polo, passando sobre o equador a uma altitude entre 200 e 500 quilômetros (124 e 310 milhas).
As aproximações mais próximas foram cuidadosamente projetadas para dar à nave espacial as melhores observações do campo magnético da lua, do campo gravitacional e libração amplitude. As abordagens também teriam permitido visões iluminadas pelo sol e escuras dos vulcões, permitindo que a espaçonave estudasse a composição da lava. A perspectiva polar teria fornecido novas visões do calor emanando da lua que não estavam disponíveis para Galileu e não eram observáveis da Terra.
A nova proposta do IVO NF mantém a órbita polar do IVO original, mas a melhora de várias maneiras. O Universe Today conversou com o autor principal Christopher Hamilton sobre a nova proposta. Seus comentários foram levemente editados para maior clareza.
A primeira mudança na nova proposta diz respeito ao número de sobrevoos, que aumentaria de 10 para 20.
“Ambos IVO e IVO-NF são grandes missões, mas dobrar o número de sobrevoos mais que dobra o retorno científico de uma missão Io!”
Christopher Hamilton, Laboratório Lunar e Planetário, Universidade do Arizona.
“10 sobrevoos para a missão IVO original de nível Discovery preencheriam lacunas importantes na cobertura de imagens que permanecem sem preenchimento após a era Voyager e Galileo”, disse Hamilton. Então por que dobrar?
“O novo tour não apenas dobra a cobertura de imagem da superfície de Io com imagens de alta resolução, mas também permite mais sobrevoos de vulcões ativos, como Loki, Loki Patera e Pillian Patera”, disse Hamilton. “Esses são sistemas vulcânicos altamente dinâmicos que incluem lagos de lava ativos e erupções explosivas — uma passagem sobre os sistemas vulcânicos simplesmente não é suficiente para restringir sua variabilidade temporal e dinâmica de erupção.”
Assim como a Lua da Terra, Io é presa por maré a Júpiter, com um lado mais prontamente disponível para estudo do que o lado voltado para Júpiter. Mas o efeito de Júpiter em Io é muito mais forte do que o efeito da Terra na Lua. “No entanto, as interações de maré entre Júpiter e Io são muito mais fortes, excitando marés em rocha sólida com uma amplitude de cerca de 100 m (328 pés), que é mais alta do que a Estátua da Liberdade!”, disse Hamilton. Essas interações de maré impulsionam o poderoso vulcanismo de Io. “No entanto, estudos da última década sugeriram que esse calor também derreteu uma camada dentro de Io para formar um ‘”’oceano de magma’” no subsolo, disse Hamilton.
As dez órbitas originais do IVO, com seu instrumento magnetômetro, teriam confirmado ou excluído essa hipótese. A nova proposta levará uma versão melhorada desse instrumento e, com mais órbitas, poderá responder a perguntas sobre o oceano de magma de Io.
“O IVO-NF também carregaria um magnetômetro fluxgate e com as passagens repetidas, cuidadosamente cronometradas para medir o campo magnético induzido de Io em diferentes momentos de sua órbita, reduziria muito a incerteza na estimativa de uma profundidade potencial de oceanos de magma”, disse Hamilton. A incerteza atual é de ±10 km, mas o IVO NF a reduziria para ±3 km. Isso “revolucionaria nossa compreensão do interior de Io e as ligações entre aquecimento de maré e vulcanismo”, disse Hamilton ao Universe Today.
“Tanto a IVO quanto a IVO-NF são grandes missões, mas dobrar o número de sobrevoos mais que dobra o retorno científico de uma missão Io!”, disse Hamilton.
IVO-NF também se aproximaria de Io muito mais perto do que o IVO original. A missão original exigia uma altitude de 200 e 500 quilômetros (124 e 310 milhas) acima da superfície de Io. IVO-NF começaria sua missão com sobrevoos de alta altitude, mas conforme a missão progredisse e os objetivos fossem alcançados, ela chegaria muito mais perto.
“Com 20 sobrevoos, o IVO-NF pode ser mais ousado, voando mais perto da superfície de Io e até mesmo voando através de suas plumas vulcânicas para determinar a química de seus produtos de erupção com detalhes sem precedentes”, disse Hamilton ao Universe Today.
Os sobrevoos iniciais seriam de cerca de 200 km, “mas conforme a missão avança e os objetivos da linha de base são alcançados, seremos capazes de diminuir a altitude dos sobrevoos posteriores sobre vulcões ativos como Pele Patera”, disse Hamilton.
“No entanto, primeiro faríamos imagens e analisaríamos esses vulcões, fazendo uso de cobertura repetida para restringir ainda mais a segurança da aproximação próxima, e tomaríamos precauções como reorientar os painéis solares da espaçonave para que eles voassem pela pluma de lado em vez de expor a área transversal completa”, disse Hamilton ao Universe Today. “Passagens aéreas da pluma para Io também abririam a porta para outras oportunidades de amostragem de plumas na lua ativa de Saturno, Encélado.”
“Isso pode parecer perigoso, mas mesmo em altitudes de 50 km, haveria muito poucas partículas”, disse Hamilton. Mas antes que a espaçonave chegue tão perto, ela usará seu Surface Dust Analyzer para entender o perigo. Este instrumento foi adicionado ao IVO-NF como prioridade máxima. Ele medirá a composição da poeira da superfície e a composição de nanogrãos nas plumas vulcânicas. No geral, dará aos cientistas uma melhor compreensão do ambiente de poeira de Io e os informará se é seguro se aproximar a 50 km.
De acordo com Hamilton, estamos vivenciando um renascimento na exploração do sistema joviano.
“Este é um momento importante na Exploração Planetária, e a exploração do Sistema de Júpiter está passando por um renascimento, com Juno, Europa Clipper e JUICE examinando Júpiter, Europa e Ganimedes ao mesmo tempo”, disse Hamilton ao Universe Today. Io é uma parte crítica do sistema lunar de Júpiter. Está no centro da configuração de ressonância orbital entre Io, Europa e Ganimedes, e a ressonância impulsiona a atividade geológica em todas as três luas, incluindo vulcanismo, atividade tectônica e a formação de características de superfície.
“Juno preencheu algumas lacunas importantes deixadas após o fim da missão Galileo (1995–2003), mas IVO e IVO-NF seriam os primeiros a ter um conjunto de instrumentos otimizado especificamente para Io”, disse Hamilton.
Para os intelectualmente curiosos, tudo na natureza é digno de estudo e compreensão mais profunda. Um mundo extraordinário como Io certamente não é exceção, com tudo o que tem a nos dizer sobre si mesmo, suas luas irmãs e até mesmo sobre a Terra e a Lua primitivas.
“Nosso artigo argumenta que Io é um alvo prioritário para exploração que deve ser considerado no próximo Anúncio de Oportunidade da Nova Fronteira”, disse Hamilton ao Universe Today. Ele reconhece que a missão IVO original no nível Discovery é possível, mas a missão IVO New Frontiers realizaria muito mais e abordaria mais completamente nossas questões pendentes sobre Io.
“Uma missão maior para Io via New Frontiers mais que dobraria o retorno científico da missão e ofereceria a melhor abordagem para entender não apenas Io, mas o Sistema de Júpiter como um todo e as origens de mundos de alto fluxo de calor, como a Terra primitiva, a Lua primitiva e outros planetas terrestres no Sistema Solar e além”, concluiu Hamilton.
